Saturday, June 29, 2013
Здравствуйте, science.
Good morning, afternoon, evening, science.

http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10007617/ - КВАНТОВАЯ
ПРИРОДА
ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО СОЗНАНИЯ НУЖДАЕТСЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ПОДТВЕРЖДЕНИИ 28 июня 2013
года, 18:24

КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО СОЗНАНИЯ НУЖДАЕТСЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ПОДТВЕРЖДЕНИИ
Александр Березин -- 28 июня 2013 года, 18:24
Хотя теория Пенроуза -- Хамероффа в последнее время упоминается всё чаще, отношение
к ней остаётся весьма сдержанным. Чем же она так плоха? И почему её недостатки
до сих пор не отпугнули последователей?

Физик Роджер Пенроуз (Roger Penrose) из Оксфордского университета (Великобритания)
и анестезиолог Стюарт Хамерофф (Stuart Hameroff) из Аризонского университета
(США) довольно давно представили теорию о том, что наше сознание суть квантовый
компьютер. Только не те экспериментальные установки, которые иногда помогают
в решении отдельных Google-задач, а полноценные <<сильные>> версии квантовых
компьютеров, о создании которых человечество пока лишь мечтает:

Если верить названным учёным, в нашем мозгу используется несколько полезнейших
особенностей квантовомеханических процессов -- к примеру, способность одной частицы
находиться сразу в двух местах.

В середине июня г-да Пенроуз и Хамерофф в очередной раз выступали с подобными
идеями -- на сей раз на международном конгрессе <<Глобальное будущее-2045>>,
который проходил в Нью-Йорке (США).

Теория Пенрозуа однозначна: наше сознание -- продукт деятельности квантового
компьютера, которым с рождения оснащён каждый человек. Однако D-Wave вроде бы
не спешит раздавать свои акции безработным на улицах... Может быть, физик всё-таки
неправ? (Илл. Shutterstock.)

Один из основных их аргументов выглядит относительно убедительно. Широко известная
теорема Гёделя о неполноте ясно показывает: формальная арифметика принципиально
ограничена. Более того, ограничена всякая формальная система, в которой можно
определить натуральные числа, 0, 1 и пр. базисные понятия того же ряда. Первая
теорема Гёделя делает вывод: если формальная арифметика непротиворечива, то в
ней существует невыводимая и неопровержимая формула, а вторая постулирует следующее:
если формальная арифметика непротиворечива, то в ней невыводима некоторая формула,
содержательно утверждающая непротиворечивость этой арифметики. Из этого вытекают
важные последствия для расчётов, выполняемых с помощью обычных компьютеров и
базирующихся на тех же понятиях, что и формальная арифметика. Однако, замечает
г-н Пенроуз, на практике человеческие математики способны доказывать то, что,
согласно теореме Гёделя, не должны решать системы компьютерного вида.

Вывод физика прост: это прямо указывает на построение человеческого мозга на
принципах, далеко отстоящих от тех, что используются в компьютерах. И поскольку
нам неизвестны другие принципы вычислений, кроме классических -- заложенных в
обычные ЭВМ, и квантовых -- предположительно, заложенных в квантовые компьютеры
D-Wave, то напрашивается такая мысль: наш мозг основывает свои расчёты на квантовой
механике.

Что в этой теории хорошо? Главное её преимущество в том, что ни один специалист
по человеческому мозгу пока не предложил ни одного удовлетворительного объяснения
сознания -- состояния, при котором субъект сознает себя и способен мыслить. Очевидно,
идея г-на Пенроуза на этом скудном теоретическом фоне кажется по крайней мере
теорией, достойной рассмотрения.

И тут мы подходим к тому, чем эта концепция плоха. В самом деле, почему это направление
мысли считают маргинальным, хотя сам Роджер Пенроуз, без сомнения, физик выдающийся?
Всё просто: он не объясняет, не будучи <<специалистом по мозгу>>, какие конкретно
механизмы отвечают за квантовые вычисления в реальном мозгу человека. Стюарт
Хамеррофф после ознакомления с теорией предположил, что возможность мозговых
квантовых вычислений могут обеспечивать маленькие волокнистые структуры, известные
как микротрубочки, входящие в цитоскелет клеток (в том числе аксонов).

Микротрубочки состоят из единиц протеина, известного как тубулин. В определённых
районах этого белка электроны начинают <<кружиться>> очень близко друг к другу.
Согласно предположениям г-на Хамероффа, в этой точке электроны могут стать квантово
запутанными, после чего даже в случае пространственного разделения действие,
происходящее с одним из электронов, может повлиять на другой. В этой ситуации
возникновение и исчезновение квантовой когерентности может быть как-то связано
с динамической нестабильностью микротрубочек, которые то полимеризуются, то деполимеризуются,
причём делают это постоянно, никогда не пребывая в одном устойчивом состоянии.

При этом микротрубочки в одном нейроне могут быть связаны с аналогичными объектами
в другом нейроне посредством щелевых контактов -- способа соединения клеток при
помощи белковых каналов, коннексонов. Последние обеспечивают электрическое соединение
двух клеток, а также перенос между ними небольших молекул.

Тем не менее, с точки зрения физического мейнстрима, всё предлагаемое г-ном Хамероффом
в части реализации квантовых вычислений в нашей голове -- ненаучная фантастика.
Наши нынешние квантовые компьютеры предельно чувствительны к шуму. Чтобы минимизировать
его, нужно изолировать систему и охладить её почти до абсолютного нуля, дабы
тепло не порождало колебания атомов и не генерировало тем самым шумы. Это делает
картину квантовых вычислений в таком тёплом и влажном месте, как человеческий
мозг, нереалистичной, уверена основная масса физиков. И даже не пытайтесь спрашивать
о том, уверены ли они, что для квантовых состояний нет каких-то особых условий,
в которых они могут оставаться когерентными, несмотря на шум, порождаемый высокой
температурой. Их ответ будет краток: экспериментальных подтверждений таким процессам
нет.

В принципе, квантовые состояния в мозгу всё же возможны, но основная часть научного
мира полагает, что они существуют там слишком короткое время, чтобы на этой основе
можно было производить какие-то умственные операции.

?-тубулин, из которого состоят микротрубочки в нейронах нашего мозга, на самом
деле встречается не только в растениях. Даже несчастные прокариоты имеют гомологичный
протеин FtsZ! На снимке -- тубулин в тетрахимене, пресноводной инфузории. (Фото
Pawel Jasnos.)

Другой элемент критического восприятия теории Пенроуза родом из исследований
мозга. Модель г-на Хамероффа утверждает, что микротрубочки обеспечивают нам квантовое
сознание. Но дело в том, что микротрубочки пришли к животным не с Луны. И встречаются
даже в растениях, которые, как острит Бернард Баарс (Bernard Baars), возглавляющий
Общество наук по изучению мозга, <<насколько нам известно, лишены сознания>>.
Здесь, правда, стоит напомнить, что относительно недавно выяснилось, что и растения
в прямом смысле слова живут за счёт квантовомеханических процессов...

И всё же как раз врачи встречают идею не совсем в штыки. <<Если кто-то проведёт
эксперимент -- один единственный эксперимент, -- говорит Бернард Баарс, -- то
я отброшу весь свой скептицизм>>. Физики, само собой, настроены резче, примерно
как Резерфорд в 1933 году, оценивая перспективы получения энергии от деления
атома. Помните?

Интересно, прояснится ли настолько же ситуация с квантовым сознанием за ближайшие
12 лет?

Подготовлено по материалам LiveScience. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Saturday, June 29, 2013
Здравствуйте, science.
Good morning, afternoon, evening, science.

http://compulenta.computerra.ru/chelovek/biologiya/10007610/ - РАБОТА МИТОХОНДРИЙ
ЗАВИСИТ ОТ НАШЕЙ ДИЕТЫ 28 июня 2013 года, 14:44

РАБОТА МИТОХОНДРИЙ ЗАВИСИТ ОТ НАШЕЙ ДИЕТЫ
Кирилл Стасевич -- 28 июня 2013 года, 14:44
Дыхательные молекулярные комплексы во внутренней мембране митохондрий, которые
во многом определяют производство энергии, могут объединяться в устойчивые суперкомплексы
в зависимости от того, какие питательные вещества клетка перерабатывает в данный
момент.

Наши клетки получают энергию от питательных веществ, но сами эти вещества проходят
довольно сложный биохимический путь, во время которого энергия, заключённая в
них, становится доступной для использования клеткой. Белки, жиры и углеводы окисляются
в цепочках ферментативных реакций, и энергия, аккумулированная в их химических
связях, переходит в молекулы НАД и ФАД -- коферменты, которые принимают электроны,
освобождающиеся при окислении питательных веществ.

Но ни ФАД, ни НАД не годятся на роль стабильных хранителей легкодоступной энергии,
и потому энергетические электроны от них направляются дальше, в так называемую
дыхательную цепь переноса электронов.

Схема митохондриальных дыхательных комплексов (С) и суперкомплексов (SC). (Рисунок
Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares).

Эта цепь состоит из нескольких молекулярных комплексов, располагающихся во внутренней
мембране митохондрий. Комплексы осуществляют передачу электронов на кислород,
который в итоге выступает главным конечным окислителем. В результате электронного
тока идущего по мембране, на ней создаётся протонный потенциал: протоны выводятся
на другую сторону мембраны и используются ферментом АТФ-синтазой для синтеза
молекул АТФ с высокоэнергетическими связями. Энергия, запасённая в АТФ, находится
в довольно стабильной форме и при этом легко может быть использована по первому
требованию. Именно АТФ считается основным переносчиком энергии в клетке, и поэтому
митохондрии называют главными энергетическими станциями клетки.

Дыхательная цепь и устройство митохондрий изучалось долго и подробно, и в 1990-х
казалось, что молекулярная картина происходящего стала окончательно ясной: были
расшифрованы структуры дыхательных комплексов. Однако все сведения, касающиеся
работы митохондрий, не смогли объяснить природу некоторых заболеваний, которые
были связаны с этим органеллами. Нельзя было понять ни то, отчего возникают такие
заболевания, ни их механизм. И тогда некоторые исследователи впервые задумались
над тем, так ли уж полно мы представляем себе механизм работы митохондрий. Более
того, появились предположения, что у митохондрий есть ещё какие-то функции, о
которых мы не знаем.

Внутренняя мембрана митохондрий образует складки, на которых и происходит перенос
электронов по дыхательной цепи. (Фото Thomas Deerinck.)

Специалистам из Национального центра сердечно-сосудистых исследований (Испания)
удалось обнаружить одно из таких несовпадений между теорией о митохондриях и
самими митохондриями. Оказалось, что те самые комплексы, которые перекачивают
электроны к кислороду, работают не так, как все думали. Этих комплексов в мембране
митохондрий существует пять видов, и считалось, что они свободно плавают в мембране,
а их расположение не зависит друг от друга. На самом же деле эти молекулярные
машины взаимодействуют друг с другом, образуя устойчивые суперкомплексы. То есть,
например, комплекс I может стабильно объединяться с комплексом IV, а может, наоборот,
всячески от него отталкиваться.

Но от чего зависит объединение и разобщение комплексов? От того, из какого источника
в данный момент поступает энергия. Как уже сказано, энергетические электроны
от питательных веществ идут на коферменты НАД и ФАД. В зависимости от соотношения
этих коферментов дыхательные комплексы группируются в различные суперкомплексы,
чтобы с наибольшей эффективностью осуществлять перенос электрона. Но соотношение
заряженных НАД и ФАД зависит от состава питательных веществ, то есть от нашего
рациона. Получается, что митохондрии внимательно следят за тем, что мы едим,
и в зависимости от диеты корректируют структуру дыхательной цепи. С другой стороны,
разные вид клеток испытывают разную потребность в энергии, и это тоже может влиять
на структуру дыхательных комплексов: в нейронах они могут складываться в одни
суперкомплексы, а, например, в мышечных клетках -- в другие.

Попутно исследователи под руководством Хосе Антонио Энрикеса сделали ещё одно
весьма обескураживающее открытие. Они обнаружили, что у одной из самых популярных
линий лабораторных мышей митохондрии не в состоянии правильно собирать дыхательные
суперкомплексы. А это значит, что результаты экспериментов на таких животных
вряд ли можно распространять на других млекопитающих, включая человека, у которых
митохондрии работают так, как надо.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Подготовлено по материалам Medical Xpress.

Saturday, June 29, 2013
Здравствуйте, science.
Good morning, afternoon, evening, science.

http://compulenta.computerra.ru/chelovek/meditsina/10007623/ - ОЖИРЕНИЕ И РАК
ПЕЧЕНИ СВЯЗАНЫ ЧЕРЕЗ ЖЕЛУДОЧНУЮ МИКРОФЛОРУ 28 июня 2013 года, 19:06

ОЖИРЕНИЕ И РАК ПЕЧЕНИ СВЯЗАНЫ ЧЕРЕЗ ЖЕЛУДОЧНУЮ МИКРОФЛОРУ
Кирилл Стасевич -- 28 июня 2013 года, 19:06
Из-за ожирения в желудочно-кишечной микрофлоре активизируются особые бактерии,
которые перерабатывают желчь с образованием желчных кислот, всасывающихся в кровь
и провоцирующих появление опухоли.

Учёные давно знают о статистике, связывающей ожирение и рак печени, -- правда,
никто не мог понять, откуда эта связь берётся. Предполагалось, что тут замешаны
желудочно-кишечные бактерии. Однако прояснить роль кишечной микрофлоры удалось
только сейчас, и сделала это группа специалистов из нескольких научно-исследовательских
центров Японии.

Учёные ставили опыты на мышах: животных кормили жирным, чтобы они набрали вес,
а потом проверяли на симптомы рака печени. Но само по себе ожирение, как выяснилось,
к раку не приводило. Тогда появилось предположение, что для этого нужен <<третий
игрок>> -- некий канцероген, при ожирении приобретающий, так сказать, повышенную
эффективность. Когда такой канцероген дали мышам, то все животные с ожирением
заболели раком печени, а у обычных мышей опухоль появилась лишь у 5%.

При этом у больных грызунов отмечались биохимические особенности, которые указывали
на изменения в желудочно-кишечной микрофлоре.

Скопление раковых клеток в окружении нормальных клеток печени. (Фото Shutterstock.)

После этого учёные накормили животных антибиотиками, которые подавляли микрофлору.
И тут оказалось, что без бактерий рак не развивается, несмотря на ожирение и
канцероген. Дальнейшие исследования показали, что биохимическим посредником между
ожирением и раком печени была дезоксихолиевая кислота, которая образуется при
переработке желчи желудочно-кишечной микрофлорой. Чем больше бактерии производили
этой кислоты, тем выше была вероятность развития рака печени.

У мышей с ожирением уровень дезоксихолиевой кислоты был особенно высок -- из-за
того, что в микрофлоре было особенно много бактерий, специализирующихся на производстве
этого вещества. Вероятно, вероятность заболеть раком снизится, если уменьшить
уровень этой кислоты или избавиться от производящих её бактерий. Но прежде чем
рекомендовать это в медицинских целях, нужно сначала убедиться, что такая связь
между раком печени и ожирением через микрофлору работает и у человека.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Medical Xpress. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.
Теги: микрофлора, рак, печень, биохимия, избыточный вес и ожирение